Технологічне забезпечення підвищеної зносостійкості швидкорізальної сталі Р6М5 комбінованими методами поверхневого зміцнення

Abstract

Загребельний В.В. Технологічне забезпечення підвищеної зносостійкості швидкорізальної сталі Р6М5 комбінованими методами поверхневого зміцнення. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю: 05.02.04 – тертя та зношування в машинах (13 – Механічна інженерія). Національний авіаційний університет, Київ, 2018 р. Дисертаційна робота присвячена вирішенню важливого актуального завдання підвищення зносостійкості поверхневих шарів різального інструменту зі швидкорізальної сталі Р6М5 шляхом формування зносостійких покриттів комбінованими методами та встановлення закономірностей впливу структурно- фазового складу та параметрів структури дискретних і градієнтних покриттів на фізико-механічні й триботехнічні властивості. Досліджено закономірності формування структури дискретно азотованої сталі Р6М5 залежно від схем попередньої дискретної лазерної обробки та технологічних параметрів азотування. Проведено аналітичні розрахунки напружено-деформова- ного стану. Встановлено закономірності й механізм зношування дискретно азото- ваної сталі Р6М5. Установлено закономірності зношування багатокомпонентних азотохромо- ваних та азототитанованих покриттів в умовах тертя ковзання без змащування в залежності від хімічного і структурно-фазового складу. Розроблено градієнтне покриття на основі Ti, Hf, Si, встановлено його триботехнічні властивості та механізм зношування. Було проведено статистичний аналіз та побудовано регресійні моделі залежностей критеріїв оптимізації. Розроблено триботехнологію нанесення іонно-плазмових покриттів TiN, яка дозволить підвищити теплостійкість сталі Р6М5, скоротити операції відпуску та підвищити її зносостійкість, а також досліджено триботехнічні властивості сталі Р6М5 з покриттям TiN, нанесеним за даною технологією. Установлено, що стійкість різального інстументу зі сталі Р6М5 після різних типів комбінованої обробки є вищою з тими покриттями, які мають вищу абразивну зносостійкість при терті в умовах не жорстко закріпленими абразивними частками.

Загребельний В. В. Технологическое обеспечение повышенной износо- стойкости быстрорежущей стали Р6М5 комбинированными методами поверхностного упрочнения. – Квалификационная научная работа на правах рукописи. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности: 05.02.04 – трение и изнашивание в машинах (13 – Механическая инженерия). Национальный авиационный университет, Киев, 2018 г. Диссертационная работа посвящена решению важной актуальной задачи повышения износостойкости поверхностных слоев РИ из быстрорежущей стали Р6М5 путем формирования износостойких покрытий комбинированными методами и установления закономерностей влияния структурно-фазового состава и парамет- ров структуры дискретных и градиентных покрытий на физико-механические и триботехничиские свойства. Исследованы закономерности формирования структуры дискретно азотированной стали Р6М5 в зависимости от схем предыдущей дискретной лазерной оброботки и технологических параметров азотирования. Показано, что лазерная обработка позволяет ускорить процессы диффузии атомов азота в поверхностные слои стали Р6М5, а также уменьшить хрупкость и увеличить твердость азотирован- ного покрытия. Проведены аналитические расчеты напряженно-деформированного состояния для определения оптимальной площади лазерной оброботки, на которой наблюдаются минимальные напряжения при трении. Установлены закономерности и механизм изнашивания дискретно азотированной стали Р6М5 в зависимости от параметров дискретной структуры покрытий островкового и сотового типа. Триботехнические испытания упрочненной стали Р6М5, дискретная лазерная обработка по разным схемам показали, что более высокие стойкость, износостой- кость в условиях трения скольжения и абразивную износостойкость режущего инструмента из стали Р6М5 обеспечивает сетчато-сотовая схема по сравнению со схемой островного типа. Это обусловлено тем, что дискретные участки с разной твердостью и толщиной способствуют лучшей приработке покрытия и минимизируют напряжение при трении.Установлены закономерности изнашивания многокомпонентных азотохроми- рованных и азототитанированных покрытий в условиях трения скольжения без смазки в зависимости от химического и структурно-фазового состава. Разработано градиентное покрытие на основе Ti, Hf, Si, установлены его триботехнические свойства и механизм изнашивания. Высокая износостойкость и приработка этого покрытия достигаются соотношением компонентов в верхнем (внешнем) подслое, за счет чего обеспечивается правило положительного градиента механических свойств благодаря меньшей твердости и повышенной пластичности по сравнению с нижним основным подслоем. Был проведен статистический анализ и построены регрессионные модели зависимостей критериев оптимизации – величины весового износа и коэффициента трения от конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов. В результате проведенной многокритериальной оптимизации с использованием полученных математических моделей (компромисс по Парето), было найдено самое оптимальное сочетание уровней конструктивных и технологических факторов, которые влияют на критерии оптимизации. Установлено, что процесс изнашивания режущего инструмента с ионно- плазменным многослойным градиентным покрытием на основе Ті-Hf-Si обусловлен механизмами износа: от самоорганизации – при образовании вторичных структур с реализацией эффекта приспосабливаемости к последующему разрушению, а также в присутствии пластичного деформирования, усталостного, абразивного и адгезион- ного разрушения. Разработана триботехнология нанесения ионно-плазменных покрытий TiN, которая позволит повысить теплостойкость стали Р6М5, сократить операции отпуска и повысить ее износостойкость. Она заключается в дискретной лазерной обработке в режиме оплавления поверхности неотпущенного инструмента с последующим отпуском закаленного инструмента при повышенных температурах 560–580 °C и совмещением его с операцией нанесения покрытий, что позволяет повысить теплостойкость стали Р6М5 на 20 °С и температуру нанесения покрытий до 580 °С. Результаты испытаний ионно-плазменного покрытия TiN, нанесенного по данной технологии, показали увеличение триботехнических характеристик по сравнению с типовой технологией. Установлена связь между износостойкостью покрытий в условиях трения скольжения и в условиях абразивного изнашивания, которое свидетельствует о значительной части абразивного износа в износостойкости инструмента при эксплуатации. Испытания стали Р6М5 с разными типами комбинированной обработки в условиях абразивного износа при трении не жестко закрепленными абразивными частицами показали, что стойкость режущего инструмента становится выше с покрытиями, имеющими высшую абразивную износостойкость. Некоторые результаты диссертационной работы прошли производственные испытания и внедрены в производство.

Zahrebelnyi V. V. Technological providing of high wear resistance of highspeed steel Р6М5 by combined methods of surface hardening. – Qualifying scientific work on the rights of the manuscript. Thesis for a Candidate Degree in Engineering by specialty: 05.02.04 - The friction and wear in the machines (13 – Mechanical engineering). National Aviation University, Kiev, 2018 The thesis is considers to the solution of the important actual task of increasing the wear resistance of the surface layers of the cutting tool of high speed steel R6M5 by forming wear-resistant coatings by combined methods and establishing the patterns of the influence of the structural-phase composition and the parameters of the structure of discrete and gradient coatings on the physical, mechanical and tribotechnical properties. The regularities of formation of the structure of steel R6M5 with nitriding coatings after discrete laser treatment depending on the schemes of the previous discrete laser processing and technological parameters of nitriding are investigated. The analytical calculations of the stressed state are carried out. The regularities and mechanism of wear of discretely nitrated steel R6М5 are established. The regularities of wear of multicomponent coated (n+ti and n+cr diffusion coatings) in the conditions of sliding friction without lubrication depending on the chemical and structural-phase composition have been established. A gradient coating on the basis of Ti, Hf, Si was developed, its tribotechnical properties and deterioration mechanism were established. A statistical analysis was carried out and regression models of dependencies of optimization criteria were constructed. The tribotechnology of ion-plasma coating TiN has been developed, what is will increase the heat resistance of steel P6M5, to reduce of the number high-temperature tempering and increase its wear resistance, and also investigated the tribotechnical properties of steel R6M5 with TiN coated applied by this technology. Stability the of cutting tools of steel R6M5 after different types of combinating coatings treatment is higher with those coatings that have a higher abrasive wear resistance under abrasion wear conditions when friction is not rigidly fixed abrasive particles.